(57)【要約】  照明装置は、蛍光部（１２）、レーザ光照射手段（１１）、および光束統合部（１３）を有する。蛍光部（１２）は、励起により発生する蛍光の色が異なる複数の蛍光体をそれぞれ異なる領域に配置している。レーザ光照射手段（１１）は、蛍光部（１２）におけるレーザ光が当たる位置を変化させながら蛍光部（１２）の各色の領域にレーザ光を照射する。光束統合部（１３）は、蛍光体の各領域からの蛍光を表示パネル（１８）に統合する。
2011092843.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起により発生する蛍光の色が異なる複数の蛍光体をそれぞれ異なる領域に配置した蛍光部と、
前記蛍光部におけるレーザ光が当たる位置を変化させながら前記蛍光部の各色の領域にレーザ光を照射するレーザ光照射手段と、
前記蛍光体の各領域からの蛍光を表示パネルに統合する光束統合部と、
を有する照明装置。
【請求項２】
前記レーザ光照射手段は、レーザ光を発生させるレーザ光源と、該レーザ光の走査を行うことにより、前記蛍光部の各色の領域にレーザ光を照射する走査手段とを有する、
請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記走査手段は、前記レーザ光を反射する光学部材と、該光学部材を駆動する駆動手段を有し、該駆動手段が該光学部材を駆動することにより前記走査を行う、
請求項２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記光学部材は前記レーザ光を反射するミラーであり、
前記駆動手段は前記ミラーの角度を変化させることにより前記走査を行う、
請求項３に記載の照明装置。
【請求項５】
前記光学部材は、
上面が前記レーザ光を反射する第１の領域、下面が前記レーザを反射する第２の領域、および前記レーザ光を透過する第３の領域を有し、回転することで前記レーザ光が当たる領域が変化するカラーホイールと、
該カラーホイールの下部に配置され、該カラーホイールの前記第３の領域を透過したレーザ光を反射するミラーと、を含み、
前記駆動手段は、前記カラーホイールを回転させて、前記カラーホイールにまたは該カラーホイールを透過して前記ミラーに斜め方向から入射する前記レーザ光の反射方向を変化させることで前記走査を行う、
請求項３に記載の照明装置。
【請求項６】
前記走査手段は、前記レーザ光を屈折する光学部材と、該光学部材を駆動する駆動手段を有し、該駆動手段が該光学部材を駆動することにより前記走査を行う、
請求項２に記載の照明装置。
【請求項７】
前記光学部材は、回転することにより、入射された前記レーザ光を射出する方向が変化するプリズムであり、
前記駆動手段は前記プリズムを回転させることにより前記走査を行う、
請求項６に記載の照明装置。
【請求項８】
前記走査手段は、前記レーザ光源からの前記レーザ光を変調して該レーザ光の進行方向を変化させることにより前記走査を行う光変調素子である、
請求項２に記載の照明装置。
【請求項９】
前記走査手段は、前記レーザ光源からの前記レーザ光を導光して送出する導光部材と、該導光部材の送出部に備えられた駆動手段とを有し、該駆動手段が前記導光部材の送出部を運動させることにより前記走査を行う、
請求項２に記載の照明装置。
【請求項１０】
前記蛍光部は、各色の前記蛍光体の領域であるセルがマトリクス状に配置された蛍光体マトリクスを有し、
前記レーザ光照射手段は、前記レーザ光が前記蛍光体マトリクスの各セルを順次通るように前記走査を行う、
請求項２から９のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項１１】
前記光束統合部は、
前記蛍光体マトリクスの各セルに対応した複数のレンズ素子が、該レンズ素子と対応するセルに近接するようにマトリクス状に配置された第１のフライアイレンズと、前記第１のフライアイレンズの各レンズ素子に対応する複数のレンズ素子が、対応する前記第１のフライアイレンズのレンズ素子からの蛍光が入射する位置となるようにマトリクス状に配置された第２のフライアイレンズとを有し、
前記蛍光体マトリクスの各セルから照射された蛍光を前記第１のフライアイレンズのレンズ素子で集光し、前記第２のフライアイレンズを用いて前記表示パネルに統合する、
請求項１０に記載の照明装置。
【請求項１２】
前記レーザ光照射手段は、時分割でレーザ光を発生させ、前記蛍光体の異なる位置にレーザ光を照射する複数のレーザ光源を有する、
請求項１に記載の照明装置。
【請求項１３】
前記蛍光部は、前記光束統合部の光学素子の入射面に前記蛍光体を塗布することにより該光束統合部と一体的に構成されている、
請求項１から１２のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項１４】
励起により発生する蛍光の色が異なる複数の蛍光体をそれぞれ異なる領域に配置した蛍光部と、
レーザ光が当たる位置を変化させながら前記蛍光部の各色の領域にレーザ光を照射するレーザ光照射手段と、
前記蛍光体の各領域からの蛍光を表示パネルに統合する光束統合部と、
前記光束統合部で統合された蛍光により画像を表示する画像表示部と、
を有するプロジェクタ。
【請求項１５】
前記レーザ光照射手段は、前記レーザ光を時分割で前記蛍光部の各色の領域に照射し、
前記画像表示部は、前記蛍光部からの蛍光の色の変化と同期して時分割で各色用の画像を切り替える、
請求項１４に記載のプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スクリーン等に画像を投射するプロジェクタおよびその照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶プロジェクタやＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）プロジェクタのようなスクリーンに画像を投射するプロジェクタの光源としてＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）を用いる技術が注目されている（特許文献１参照）。【０００３】
ＬＥＤは寿命が長くまた信頼性が高いことに起因して、ＬＥＤを光源とするプロジェクタには長寿命で高信頼という利点がある。また、ＬＥＤは高速で点滅させることが可能なので、画像の色再現範囲を広くとることができる。【０００４】
しかしながら、プロジェクタ用の光源としてはＬＥＤの光は一般に輝度が低いので、ＬＥＤを光源としてプロジェクタに十分な輝度の映像を得るのは容易ではない。光源からの光を表示パネルがどれだけ投射光として利用できるかはエテンデューにより制限される。つまり、光源の発光面積と放射角との積の値を、表示パネルの入射面の面積と照明光学系のＦナンバーで決まる取り込み角との積の値以下にしなければ、光源からの光を効率良く投射光として利用できない。【０００５】
ＬＥＤによる光源では発光面積を大きくすれば光量を上げることはできるが、発光面積が大きくなれば光源のエテンデューが大きくなってしまう。エテンデューの制限からプロジェクタの光源としては発光面積を大きくせず光量を上げることが望まれるが、ＬＥＤによる光源で発光面積を大きくせずに光量を上げるのは困難である。【０００６】
これに対して高輝度の蛍光を得る方法として、レーザ光を蛍光体に照射して励起によって蛍光を得るものがある。この方法では蛍光体の物質を適切に選択することによりＬＥＤよりも高輝度の蛍光を効率良く得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１８６１１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、レーザは空間的な光強度のピークが高いという特性を有するので、蛍光体のレーザが当たる部分にダメージが生じやすい。そのため、レーザを蛍光体に照射して励起によって蛍光を発生させる構成ではレーザの照射による蛍光体へのダメージが問題となる。蛍光体へのダメージによりプロジェクタの性能が劣化するため、この種のプロジェクタでは長寿命化が困難である。【０００９】
本発明の目的は、高輝度かつ長寿命のプロジェクタおよびその照明装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の照明装置は、
励起により発生する蛍光の色が異なる複数の蛍光体をそれぞれ異なる領域に配置した蛍光部と、
前記蛍光部におけるレーザ光が当たる位置を変化させながら前記蛍光部の各色の領域にレーザ光を照射するレーザ光照射手段と、
前記蛍光体の各領域からの蛍光を表示パネルに統合する光束統合部と、
を有する。【００１１】
本発明のプロジェクタは、
励起により発生する蛍光の色が異なる複数の蛍光体をそれぞれ異なる領域に配置した蛍光部と、
レーザ光が当たる位置を変化させながら前記蛍光部の各色の領域にレーザ光を照射するレーザ光照射手段と、
前記蛍光体の各領域からの蛍光を表示パネルに統合する光束統合部と、
前記光束統合部で統合された蛍光により画像を表示する画像表示部と、
を有する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、照射位置を変化させながら蛍光体に照射したレーザ光により励起した蛍光を画像の投射に用いるので、プロジェクタおよびその照明装置の高輝度化および長寿命化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１の実施形態によるプロジェクタ全体の概略構成を示すブロック図である。
【図２】第１の実施形態によるプロジェクタのレーザ光照射部１１、蛍光部１２、光束統合部１３を詳細に説明するための模式図である。
【図３】蛍光体マトリクス１７のセル配置とラスタスキャンの様子を示す図である。
【図４】他の構成の蛍光体マトリクス１７を示す図である。
【図５】蛍光体マトリクス１７と一体化した第１のレンズアレイ２３を示す図である。
【図６】第２の実施形態によるプロジェクタのレーザ光照射部１１、蛍光部１２、光束統合部１３を詳細に説明するための模式図である。
【図７】４色の蛍光体のセルを配置した透過型の蛍光体マトリクスを用いた変形例について説明するための模式図である。
【図８】蛍光部材をライトトンネルの端面に近接して配置した変形例について説明するための模式図である。
【図９】蛍光部材８１における色の塗り分けを示す図である。
【図１０】３つの青紫色レーザダイオードを時分割で点灯させる変形例について説明するための図である。
【図１１】各青紫色レーザダイオードの時分割での点灯と、表示パネル１８に入射される蛍光の変化を示すタイムチャートである。
【図１２】回転プリズムによってレーザ光の走査を行う変形例について説明するための模式図である。
【図１３】図１２に示した変形例による走査の様子を示す図である。
【図１４】回転プリズムによってレーザ光の走査を行う他の変形例について説明するための模式図である。
【図１５】図１４に示した変形例による走査の様子を示す図である。
【図１６】アクチュエータによってレーザ光の走査を行う変形例について説明するための模式図である。
【図１７】カラーホイールの回転によってレーザ光の走査を行う変形例について説明するための模式図である。
【図１８】カラーホイールの形状について説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明を実施するための形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態によるプロジェクタ全体の概略構成を示すブロック図である。図１を参照すると、プロジェクタ１０は、レーザ光照射部１１、蛍光部１２、光束統合部１３、および画像生成部１４を有している。レーザ光照射部１１は光源１５と走査部１６を有している。
【００１６】
蛍光部１２は、レーザ光を吸収し、励起によって赤色、緑色、または青色の光を発する蛍光体を塗布したマイクロレンズからなるセルをマトリクス状に配列した蛍光体マトリクス１７を備えている。蛍光体マトリクス１７における各色のセルは、後述するレーザ光のラスタスキャンにより各色の蛍光が必要な輝度で得られるように所定順序で繰り返し配置される。本実施形態の蛍光体マトリクス１７は、レーザ光の進行方向と同じ方向（透過方向）に蛍光を照射する透過型の蛍光体マトリクス１７である。蛍光部１２に照射されるレーザ光の波長は、その蛍光部から発せられる蛍光の波長よりも短い波長であればよい。
【００１７】
レーザ光照射部１１は、レーザ光の走査ビームが当たる位置が、蛍光部１２に備えられた蛍光体マトリクス１７の各マイクロレンズを順次通るようにラスタスキャンする。これにより蛍光部１２から赤色、緑色、青色の蛍光が時分割で周期的に照射される。蛍光部１２から照射された蛍光は光束統合部１３に入射される。
【００１８】
光束統合部１３は、蛍光部１２からの蛍光を適切なサイズの矩形に整形し、さらに輝度分布を均一にして画像生成部１４に入射する。この光束統合部１３をインテグレータと呼んでもよい。
【００１９】
また、レーザ光照射部１１、蛍光部１２、および光束統合部１３を合わせて照明装置と呼んでもよい。
【００２０】
画像生成部１４は、各色の蛍光の入射に同期して、表示すべき各色の画像に応じて各画素の状態を変化させる表示パネル１８を備えている。画像生成部１４は、光束統合部１３で整形された蛍光を表示パネル１８に透過させることにより、あるいは蛍光を表示パネル１８で反射することにより画像を生成し、不図示のスクリーンに投射する。ここでは表示パネル１８は一例として透過型の液晶パネルであるものとする。画像生成部１４は、蛍光の入射に同期して液晶パネルの各画素の状態を高速で変化させる。
【００２１】
図２は、第１の実施形態によるプロジェクタのレーザ光照射部１１、蛍光部１２、光束統合部１３を詳細に説明するための模式図である。図２における青紫色レーザダイオード２１と二次元ＭＥＭＳ２２が図１における光源１５と走査部１６にそれぞれ対応する。第１のレンズアレイ２３、第２のレンズアレイ２４、およびその後段のレンズ群が光束統合部１３に相当する。
【００２２】
青紫色レーザダイオード（ＬＤ）２１はレーザビームを送出する。ここではレーザビームの波長は一例として４０５ｎｍであるとする。ここで、蛍光部１２に照射されるレーザ光の波長は、その蛍光部から発せられる蛍光の波長よりも短い波長であればよく、例えば、４５０ｎｍの青色であってもよい。青紫色レーザダイオード２１からのビームは二次元ＭＥＭＳ２２に入射する。青紫色レーザダイオード２１は、蛍光部１２の蛍光体マトリクス１７から所望の輝度の蛍光が得られるように、パルス発振のデューティ比が制御されてもよい。
【００２３】
二次元ＭＥＭＳ２２は、例えば静電力などでミラーを駆動して光の反射方向を変化させることにより反射光で二次元的な走査を行うＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラーであり、青紫色レーザダイオード２１からのビームを反射した走査ビームによって蛍光体マトリクス１７のマイクロレンズをラスタスキャンする。
【００２４】
図３は、蛍光体マトリクス１７のセル配置とラスタスキャンの様子を示す図である。図３の例では、水平方向の長さが１６ｍｍで垂直方向の長さが１２ｍｍの蛍光体マトリクス１７に８×６のセル３１が配置されている。各セル３１には、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、または青色（Ｂ）の蛍光体３２が塗布されている。赤色の蛍光体３２（Ｒ）は、波長４０５ｎｍの青紫色レーザの入射により、波長６３０ｎｍの赤色の蛍光を照射する。緑色の蛍光体３２（Ｇ）は、波長４０５ｎｍの青紫色レーザの入射により、波長５３０ｎｍの緑色の蛍光を照射する。青色の蛍光体３２（Ｂ）は、波長４０５ｎｍの青紫色レーザの入射により、波長４４５ｎｍの青色の蛍光を照射する。
【００２５】
各色のセル３１は、ラスタスキャンで走査ビーム３３が赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）、緑色（Ｇ）の順番に通るように配列されている。走査ビーム３３は一例として０．５〜１．０Φｍｍ程度である。図中の矢印は走査ビーム３３で蛍光体マトリクス１７をラスタスキャンしている様子を示している。
【００２６】
第１のレンズアレイ２３は、蛍光体マトリクス１７の各セル３１に対応する複数のレンズ素子がマトリクス状に配置されたフライアイレンズであり、各レンズ素子が対応する蛍光体マトリクス１７のセル３１に正対するように、蛍光体マトリクス１７に近接して配置される。
【００２７】
第２のレンズアレイ２４は、第１のレンズアレイ２３の各レンズ素子に対応する複数のレンズ素子がマトリクス状に配置されたフライアイレンズであり、第１のレンズアレイ２３と所定距離の位置に配置される。
【００２８】
より詳細には、第１のレンズアレイ２３および第２のレンズアレイ２４は、蛍光体マトリクス１７の各セル３１の蛍光体３２により第１のレンズアレイ２３の各レンズ素子に生じる瞳が、第２のレンズアレイ２４およびその後段のレンズ群により表示パネル１８に結像するように設定される。
【００２９】
この構成により、蛍光体マトリクス１７の各セルから照射された蛍光が第１のレンズアレイ２３の各レンズ素子で集光され、第２のレンズアレイ２４の各レンズ素子に入射する。第２のレンズアレイ２４の各レンズ素子に入射した蛍光は、第２のレンズアレイとその後段のレンズ群によりインテグレート（統合）され、表示パネル１８に入射する。
【００３０】
なお、第１のレンズアレイ２３の各レンズ素子は、対応する蛍光体マトリクス１７のセルからの蛍光を効率良くかつ瞳内をできるだけ均一に照明するように集光し、集光した光をできるだけ対応する第２のレンズアレイ２４のレンズ素子のみに効率良く照射することが好ましい。これを実現するために第１のレンズアレイ２３の各レンズ素子は蛍光体マトリクス１７側が球面で第２のレンズアレイ２４側が非球面となっている。ただし、これは公知の構造なので詳細な説明は省略する。
【００３１】
以上説明したように本実施形態によれば、レーザ光照射部１１が蛍光体マトリクス１７のレーザ光の当たる位置が変化するようにラスタスキャンを行うので、蛍光体３２へのダメージを緩和しつつ高輝度の蛍光を得ることができ、照明装置およびそれを用いたプロジェクタ１０の長寿命化が図れる。
【００３２】
また、本実施形態によれば、所望の輝度の蛍光が得られるように青紫色レーザダイオード２１のパルス発振のデューティ比を制御することにより、適切な輝度の蛍光を得られる範囲で蛍光体３２へのダメージをできるだけ抑制することができる。
【００３３】
また、本実施形態によれば、蛍光体マトリクス１７に近接した第１のレンズアレイ２３と第２のレンズアレイ２４および後段のレンズ群を用いて、蛍光体マトリクス１７の各セル３１からの蛍光をインテグレートするので、蛍光部１２と光束統合部１３を小型化できる。
【００３４】
また、二次元ＭＥＭＳ２２による高速なラスタスキャンにより高速で蛍光の色を切り替えることができるので、カラーホイールを用いたプロジェクタで生じるようなカラーブレーキングは低減される。
【００３５】
また、二次元ＭＥＭＳ２２による高速なラスタスキャンにより高速変調ができるので、蛍光制御の自由度が高く、高輝度化が容易である。
【００３６】
なお、本実施形態では、図３に示したように蛍光体マトリクス１７において蛍光体３２の色が赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）、緑色（Ｇ）を繰り返すようにセル３１を配置する例を示した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、ラスタスキャンの走査速度と必要される輝度とに応じてセル３１の配置を決めてもよい。例えば、図４に示すように、蛍光体３２の色が緑色（Ｇ）、赤色（Ｒ）、赤色（Ｒ）、青色（Ｂ）、青色（Ｂ）、赤色（Ｒ）、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）を繰り返すようにセル３１を配置してもよい。
【００３７】
また、本実施形態では、図２に示したように、蛍光体マトリクス１７に近接して第１のレンズアレイ２３を配置する構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。他の例として、第１のレンズアレイ２３の各レンズ素子の入射面側に各色の蛍光体３２を直接転写することにより、蛍光体マトリクス１７を第１のレンズアレイ２３と一体的に構成してもよい。これにより蛍光部１２と光束統合部１３が更に小型化できる。
【００３８】
さらに、図５に示すように、第１のレンズアレイ２３の各レンズ素子の中央部分にのみ各色の蛍光体３２を配置してもよい。これにより、第１のレンズアレイ２３は、蛍光体３２から発せられる光を全て取り込むことができる。このとき、蛍光体があるところにだけレーザ光が離散的に照射されるように、青紫色レーザダイオード２１の発光タイミングを制御することにより、不必要な発光がなされなくなるので、消費電力を抑えることができる。第１のレンズアレイ２３の各レンズ素子において、蛍光体３２が配置されてない箇所を光を透過しない材料の遮蔽板で覆ってもよい。
【００３９】
（第２の実施形態）
第２の実施形態によるプロジェクタ全体の概略構成は図１に示した第１の実施形態のものと同じである。第２の実施形態は、レーザ光のビームを光変調素子によって走査する点と、各色の蛍光をライトトンネルによってインテグレートする点で第１の実施形態と異なる。
【００４０】
図６は、第２の実施形態によるプロジェクタのレーザ光照射部１１、蛍光部１２、光束統合部１３を詳細に説明するための模式図である。図６における青紫色レーザダイオード２１と光変調素子６１が図１における光源１５と走査部１６にそれぞれ対応する。ライトトンネル６３およびその前後のレンズ群が光束統合部１３に相当する。
【００４１】
青紫色レーザダイオード２１および表示パネル１８は図１に示した第１の実施形態のものと同じである。
【００４２】
光変調素子６１は、青紫色レーザダイオード２１からのレーザ光の進行方向を変化させることにより、レーザ光で蛍光体マトリクス６２をラスタスキャンする。具体例として光変調素子６１は電圧が印加されると屈折率をアナログ的に変調し、レーザ光の進行方向を変化させる音響光学素子である。
【００４３】
蛍光体マトリクス６２は、第１の実施形態による蛍光体マトリクス１７とは異なり、反射型の蛍光体マトリクスである。蛍光体マトリクス６２は、レーザ光を吸収し、励起によって赤色、緑色、または青色の光を発する蛍光体が塗布され、蛍光を反射するセルをマトリクス状に配列した構成である。蛍光体マトリクス６２における各色のセルは、後述するレーザ光のラスタスキャンにより各色の蛍光が必要な輝度で得られるように所定順序で繰り返し配置される。蛍光体マトリクス６２の各セルからの蛍光はレンズ群を介してライトトンネル６３に入射する。
【００４４】
ライトトンネル６３は多角柱の形状を有し、蛍光体マトリクス６２からの蛍光を内面で繰り返し反射することにより均一に整形する光学素子である。ここでライトトンネルには、中空の内側面がミラーで構成されたものと、中実の透明多角柱で構成され全反射を利用するものとが含まれる。後者はロッドレンズとも呼ばれる。
【００４５】
図６に示したような構成により、蛍光体マトリクス６２の各セルからの各色の蛍光は、ライトトンネル６３でその輝度分布を均一化され、各色毎に時系列で表示パネル１８に入射される。
【００４６】
以上説明したように本実施形態によれば、レーザ光照射部１１が蛍光体マトリクス６２のレーザ光の当たる位置が変化するようにラスタスキャンを行うので、蛍光体３２へのダメージを緩和しつつ高輝度の蛍光を得ることができ、照明装置およびそれを用いたプロジェクタ１０の長寿命化が図れる。
【００４７】
また、本実施形態によれば、レーザ光を直接アナログ変調する小型の光変調素子で走査部１６が構成されているので、走査部１６の小型化により照明装置およびプロジェクタの小型化が可能である。
【００４８】
また、本実施形態によれば、高速変調が可能な光変調素子で走査部１６が構成されているので、カラーブレーキングを低減することができる。また蛍光制御の自由度が高いため高輝度化が容易である。
【００４９】
なお、本実施形態では、蛍光体マトリクス６２に赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の３色の蛍光体のセルを配置する例を示したが、蛍光体マトリクスに配置される蛍光体は３色に限定されず、色の数は幾つであってもよい。また、本実施形態では反射型の蛍光体マトリクス６２を用いたが、第１の実施形態と同様に透過型の蛍光体マトリクス１７を用いることもできる。図７には、本実施形態に適用可能な蛍光体マトリクスとして、赤色（Ｒ）、黄色（Ｙ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の４色の蛍光体のセルを配置した透過型の蛍光体マトリクス７１を用いた構成が例示されている。多色の蛍光体を配した蛍光体マトリクス７１を小型の光変調素子６１で直接、高速でアナログ変調するので、小型構成の装置で色彩豊かな画像を表示することが可能である。
【００５０】
また、本実施形態では、各色のセルを配列した蛍光体マトリクス６２の蛍光をレンズ群を介してライトトンネルに入射する構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００５１】
他の例として、色毎に領域を分けて蛍光体を塗布した部材（蛍光部材）をロッドレンズの端面に空気層を介して近接して配置し、蛍光部材からの蛍光をロッドレンズに直接入射することにしてもよい。これにより蛍光体を塗布した部材とロッドレンズの間にレンズ群が不要となる。さらにはロッドレンズの端面に領域を分けて各色の蛍光体を塗布しておくことにしてもよい。これにより蛍光部１２と光束統合部１３が一体化により更に小型化される。
【００５２】
図８は、蛍光部材をロッドレンズの端面に近接して配置した変形例について説明するための模式図である。図８における蛍光部材８１が図１における蛍光部１２に相当する。図９は蛍光部材８１における色の塗り分けを示す図である。蛍光部材８１は上中下３段の領域が上から赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の蛍光体で塗り分けられている。
【００５３】
レーザ光照射部１１は走査レーザが蛍光部材８１の各色の領域を順次通るように走査を行う。ここでの走査は例えば上下に往復するような走査である。走査レーザによる励起で各色の蛍光体から照射される蛍光がロッドレンズ８２で整形され、レンズ群を介して表示パネル１８に結像する。
【００５４】
また、本実施形態では、１つの青紫色レーザダイオード２１からのレーザ光が蛍光体マトリクス６２の各色のセルを通るように走査を行う例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。他の例として、レーザ光照射部１１は光源１５として時分割で順番に点灯する３つの青紫色レーザダイオード２１を有し、それぞれを各色に対応させてもよい。この構成によれば、各色の蛍光体を励起するレーザ光の波長を色毎に適切な値に設定できるので、各色の蛍光をより効率良く発生させることができる。また、プロジェクタを使用している時間に対する各青紫色レーザダイオード２１の点灯時間を短くできるので、青紫色レーザダイオード２１の長寿命化が図れる。
【００５５】
図１０は、３つの青紫色レーザダイオードを時分割で点灯させる変形例について説明するための図である。本変形例の蛍光部材８１は図９に示したものと同じである。図１１は、各青紫色レーザダイオードの時分割での点灯と、表示パネル１８に入射される蛍光の変化を示すタイムチャートである。
【００５６】
図１０を参照すると、本変形例では、３つの青紫色レーザダイオードＬＤ１〜３があり、それぞれが発生させたレーザ光は光ファイバ１０１〜１０３で導光される。青紫色レーザダイオードＬＤ１〜３は図１１に示すように時分割で点灯する。
【００５７】
青紫色レーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ３の時分割による点灯で蛍光部材８１の各色の蛍光体には時分割でレーザ光が照射されるので、蛍光部材８１からライトトンネル６３に入射する蛍光の色も赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）と時分割で変化する。
【００５８】
図１０に示した変形例において更に走査部１６がそれぞれのレーザ光を各色の領域内で走査することにしてもよい。その例として、導光部材である光ファイバ１０１〜１０３の送出部に、送出部を運動させる不図示のアクチュエータが備えられている。アクチュエータが送出部を運動させることにより、蛍光部材８１における各レーザ光の当たる位置が各レーザ光に対応する色の領域内を移動する。
【００５９】
なお、本変形例では、３つの青紫色レーザダイオードＬＤ１〜３を時分割で点灯させるものとしたが、本発明がこの例に限定されるものではない。他の例として、３つの青紫色レーザダイオードＬＤ１〜３を同時に点灯させることにしてもよい。その場合、青紫色レーザダイオードＬＤ１〜３のレーザ光の当たる位置が蛍光部材８１の全ての蛍光体の領域にわたって移動し、かつ全てのレーザ光が同時に同じ蛍光体の領域に当たるように走査を行えばよい。ただし、青紫色レーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ３のレーザ光が同じ位置に重複して当たらないように走査することが好ましい。
【００６０】
また、本実施形態の走査部１６の変形例として回転プリズムによってレーザ光を走査する構成を採用してもよい。高精度で設計されるプリズムにより高精度で所望の走査を行うことが可能である。
【００６１】
図１２は、回転プリズムによってレーザ光の走査を行う変形例について説明するための模式図である。この例は、紙面に平行な断面の形状が正方形である直方体のプリズム１２１が、紙面に垂直でプリズム１２１を貫く直線を軸として回転する例である。
【００６２】
青紫色レーザダイオード２１からのレーザ光がプリズム１２１に入射する。（Ａ）の状態から（Ｂ）更に（Ｃ）の状態へとプリズム１２１が回転することによりレーザ光の屈折の状態が変化する。レーザ光の屈折の変化によって、蛍光部１２におけるレーザ光の当たる位置が変化する。図１２の回転プリズムによって行われるレーザ光の走査は、図１３において矢印で示されているような直線的な走査となる。なお、ここでは蛍光部１２の例として、図９に示したような上段、中段、下段にそれぞれ赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）を塗布した蛍光部材８１を用いている。
【００６３】
なお、本変形例では、断面が正方形の回転プリズムを用いる例を示したが、この形状に限定されるものではない。図１２に示した回転プリズムの代わりに他の断面形状の回転プリズムを用いてもよく、またポリゴンプリズムを用いてもよい。
【００６４】
図１４は、回転プリズムによってレーザ光の走査を行う他の変形例について説明するための模式図である。この例は、紙面に平行な断面の形状が台形である四角錘台のプリズム１４１が、紙面に平行で青紫色レーザダイオード２１とプリズム１４１を通る直線を軸として回転する例である。
【００６５】
青紫色レーザダイオード２１からのレーザ光がプリズム１４１に入射する。（Ａ）の状態から（Ｂ）の状態を経て再び（Ａ）の状態に戻るようにプリズム１４１が回転すると、レーザ光の屈折の状態が順次変化する。図１４の回転プリズムによって行われるレーザ光の走査は、図１５において矢印で示されているような円を描く走査となる。なお、本変形例では、円を描く走査によって各色の領域を順次通るように蛍光部材１５１の入射面を上段、下段左側、および下段右側に分割し、それぞれを赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の蛍光体に塗り分けている。
【００６６】
また、本実施形態の走査部１６の変形例としてアクチュエータによってレーザ光を走査する構成を採用してもよい。
【００６７】
図１６は、アクチュエータによってレーザ光の走査を行う変形例について説明するための模式図である。図１６の例では、光源１５である青紫色レーザダイオード２１から発光したレーザ光が光ファイバ１６１で導光される。光ファイバ１６１の送出部付近にアクチュエータ１６２が備えられている。光ファイバ１６１およびアクチュエータ１６２が走査部１６に相当する。
【００６８】
アクチュエータ１６２は光ファイバ１６１の送出部を連続的に小さく運動させる。この運動によって、蛍光部材８１における光ファイバ１６１の送出部からのレーザ光の当たる位置が変化し、レーザ光が蛍光部材８１の各色の領域を順次通るように走査する。なお、光ファイバ１６１の送出部の運動は、直線上の往復運動であってもよく、また円を描くような運動であってもよい。
【００６９】
また、本実施形態の走査部１６の変形例として回転するカラーホイールを用いてレーザ光を走査する構成を採用してもよい。
【００７０】
図１７は、カラーホイールの回転によってレーザ光の走査を行う変形例について説明するための模式図である。図１８はカラーホイールの形状について説明するための模式図である。
【００７１】
カラーホイール１７１には図１８に示すように上面反射領域（Ａ）、下面反射領域（Ｂ）、および透明領域（Ｃ）がある。上面反射領域は上方からのレーザ光を上面で反射する領域である。下面反射領域は上方からのレーザ光を下面で反射する領域である。透明領域はレーザ光を透過する領域である。
【００７２】
図１７に示すように、本変形例ではカラーホイール１７１に斜め上方からレーザ光を照射するように青紫色レーザダイオード２１が配置され、カラーホイール１７１の下方にカラーホイール１７１と平行にミラー１７２が配置される。カラーホイール１７１およびミラー１７２が走査部１６に相当する。カラーホイール１７１を回転させながら青紫色レーザダイオード２１からレーザ光を照射するとレーザ光の反射の状態が図１７（Ａ）〜（Ｃ）に示すように変化する。
【００７３】
青紫色レーザダイオード２１と蛍光部材８１とカラーホイール１７１とミラー１７２の相対位置は、青紫色レーザダイオード２１からのレーザ光のカラーホイール１７１の上面反射領域を反射面とした反射方向に赤色（Ｒ）の蛍光体があり、カラーホイール１７１の下面反射領域を反射面とした反射方向に緑色（Ｇ）の蛍光体があり、ミラー１７２を反射面とした反射方向に青色（Ｂ）の蛍光体があることになるように位置決めされる。
【００７４】
カラーホイール１７１の回転により、青紫色レーザダイオード２１からのレーザ光がカラーホイール１７１の上面反射領域で反射する状態（Ａ）ではレーザ光は蛍光部材の赤色（Ｒ）の領域に入射する。青紫色レーザダイオード２１からのレーザ光がカラーホイール１７１の下面反射領域で反射する状態（Ｂ）ではレーザ光は蛍光部材の緑色（Ｇ）の領域に入射する。青紫色レーザダイオード２１からのレーザ光がカラーホイール１７１を透過してミラー１７２で反射する状態（Ｃ）ではレーザ光は蛍光部材の青色（Ｂ）の領域に入射する。
【００７５】
本変形例によれば、広く用いられているカラーホイールの技術を応用することにより高輝度かつ高寿命のプロジェクタを構成することができる。
【符号の説明】
【００７６】
１０  プロジェクタ
１１  レーザ光照射部
１２  蛍光部
１３  光束統合部
１４  画像生成部
１５  光源
１６  走査部
１７、６２、７１  蛍光体マトリクス
１８  表示パネル
２１  青紫色レーザダイオード
２２  二次元ＭＥＭＳ
２３  第１のレンズアレイ
２４  第２のレンズアレイ
２５  蛍光
３１  セル
３２  蛍光体
３３  走査ビーム
６１  光変調素子
６３、１５１  ライトトンネル
８１  蛍光部材
８２  ロッドレンズ
１０１、１６１  光ファイバ
１２１、１４１  プリズム
１６２  アクチュエータ
１７１  カラーホイール
１７２  ミラー
【図１】
2011092843.tif 000003
【図２】
2011092843.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年7月27日(2012.7.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起により発生する蛍光の色が異なる複数の蛍光体をそれぞれ異なる領域に配置した蛍光部と、
前記蛍光部におけるレーザ光が当たる位置を変化させながら前記蛍光部の各色の領域にレーザ光を照射するレーザ光照射手段と、
前記蛍光体の各領域からの蛍光を表示パネルに統合する光束統合部とを有し、
前記レーザ光照射手段は、レーザ光を発生させるレーザ光源と、該レーザ光の走査を行うことにより、前記蛍光部の各色の領域にレーザ光を照射する走査手段とを有し、
前記走査手段は、前記レーザ光を反射する光学部材と、該光学部材を駆動する駆動手段を有し、該駆動手段が該光学部材を駆動することにより前記走査を行い、
前記光学部材は、
上面が前記レーザ光を反射する第１の領域、下面が前記レーザを反射する第２の領域、および前記レーザ光を透過する第３の領域を有し、回転することで前記レーザ光が当たる領域が変化するカラーホイールと、
該カラーホイールの下部に配置され、該カラーホイールの前記第３の領域を透過したレーザ光を反射するミラーと、を含み、
前記駆動手段は、前記カラーホイールを回転させて、前記カラーホイールにまたは該カラーホイールを透過して前記ミラーに斜め方向から入射する前記レーザ光の反射方向を変化させることで前記走査を行う照明装置。
【請求項２】
励起により発生する蛍光の色が異なる複数の蛍光体をそれぞれ異なる領域に配置した蛍光部と、
前記蛍光部におけるレーザ光が当たる位置を変化させながら前記蛍光部の各色の領域にレーザ光を照射するレーザ光照射手段と、
前記蛍光体の各領域からの蛍光を表示パネルに統合する光束統合部とを有し、
前記レーザ光照射手段は、レーザ光を発生させるレーザ光源と、該レーザ光の走査を行うことにより、前記蛍光部の各色の領域にレーザ光を照射する走査手段とを有し、
前記走査手段は、前記レーザ光を屈折する光学部材と、該光学部材を駆動する駆動手段を有し、該駆動手段が該光学部材を駆動することにより前記走査を行う照明装置。
【請求項３】
前記光学部材は、回転することにより、入射された前記レーザ光を射出する方向が変化するプリズムであり、
前記駆動手段は前記プリズムを回転させることにより前記走査を行う請求項２に記載の照明装置。
【請求項４】
励起により発生する蛍光の色が異なる複数の蛍光体をそれぞれ異なる領域に配置した蛍光部と、
前記蛍光部におけるレーザ光が当たる位置を変化させながら前記蛍光部の各色の領域にレーザ光を照射するレーザ光照射手段と、
前記蛍光体の各領域からの蛍光を表示パネルに統合する光束統合部とを有し、
前記レーザ光照射手段は、レーザ光を発生させるレーザ光源と、該レーザ光の走査を行うことにより、前記蛍光部の各色の領域にレーザ光を照射する走査手段とを有し、
前記走査手段は、前記レーザ光源からの前記レーザ光を変調して該レーザ光の進行方向を変化させることにより前記走査を行う光変調素子である照明装置。
【請求項５】
励起により発生する蛍光の色が異なる複数の蛍光体をそれぞれ異なる領域に配置した蛍光部と、
前記蛍光部におけるレーザ光が当たる位置を変化させながら前記蛍光部の各色の領域にレーザ光を照射するレーザ光照射手段と、
前記蛍光体の各領域からの蛍光を表示パネルに統合する光束統合部とを有し、
前記レーザ光照射手段は、レーザ光を発生させるレーザ光源と、該レーザ光の走査を行うことにより、前記蛍光部の各色の領域にレーザ光を照射する走査手段とを有し、
前記走査手段は、前記レーザ光源からの前記レーザ光を導光して送出する導光部材と、該導光部材の送出部に備えられた駆動手段とを有し、該駆動手段が前記導光部材の送出部を運動させることにより前記走査を行う照明装置。
【請求項６】
励起により発生する蛍光の色が異なる複数の蛍光体をそれぞれ異なる領域に配置した蛍光部と、
前記蛍光部におけるレーザ光が当たる位置を変化させながら前記蛍光部の各色の領域にレーザ光を照射するレーザ光照射手段と、
前記蛍光体の各領域からの蛍光を表示パネルに統合する光束統合部とを有し、
前記レーザ光照射手段は、レーザ光を発生させるレーザ光源と、該レーザ光の走査を行うことにより、前記蛍光部の各色の領域にレーザ光を照射する走査手段とを有し、
前記蛍光部は、各色の前記蛍光体の領域であるセルがマトリクス状に配置された蛍光体マトリクスを有し、
前記レーザ光照射手段は、前記レーザ光が前記蛍光体マトリクスの各セルを順次通るように前記走査を行う照明装置。
【請求項７】
前記光束統合部は、
前記蛍光体マトリクスの各セルに対応した複数のレンズ素子が、該レンズ素子と対応するセルに近接するようにマトリクス状に配置された第１のフライアイレンズと、前記第１のフライアイレンズの各レンズ素子に対応する複数のレンズ素子が、対応する前記第１のフライアイレンズのレンズ素子からの蛍光が入射する位置となるようにマトリクス状に配置された第２のフライアイレンズとを有し、
前記蛍光体マトリクスの各セルから照射された蛍光を前記第１のフライアイレンズのレンズ素子で集光し、前記第２のフライアイレンズを用いて前記表示パネルに統合する請求項６に記載の照明装置。
【請求項８】
励起により発生する蛍光の色が異なる複数の蛍光体をそれぞれ異なる領域に配置した蛍光部と、
前記蛍光部におけるレーザ光が当たる位置を変化させながら前記蛍光部の各色の領域にレーザ光を照射するレーザ光照射手段と、
前記蛍光体の各領域からの蛍光を表示パネルに統合する光束統合部とを有し、
前記レーザ光照射手段は、時分割でレーザ光を発生させ、前記蛍光体の異なる位置にレーザ光を照射する複数のレーザ光源を有する照明装置。
【請求項９】
励起により発生する蛍光の色が異なる複数の蛍光体をそれぞれ異なる領域に配置した蛍光部と、
前記蛍光部におけるレーザ光が当たる位置を変化させながら前記蛍光部の各色の領域にレーザ光を照射するレーザ光照射手段と、
前記蛍光体の各領域からの蛍光を表示パネルに統合する光束統合部とを有し、
前記蛍光部は、前記光束統合部の光学素子の入射面に前記蛍光体を塗布することにより該光束統合部と一体的に構成されている照明装置。
【国際調査報告】
2011092843.tif 000021
2011092843.tif 000022
2011092843.tif 000023
2011092843.tif 000024
2011092843.tif 000025
2011092843.tif 000026